离子膜烧碱（精选8篇）
离子膜烧碱 篇1
1 离子膜烧碱技术的概述
离子膜烧碱就是采用离子交换膜法电解食盐水而制成烧碱。其主要原理是因为使用的阳离子交换膜, 该膜有特殊的选择透过性, 只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过, 即只允许H+、Na+通过, 而Cl-、OH-和两极产物H2和Cl2无法通过, 因而起到了防止阳极产物Cl2和阴极产物H2相混合而可能导致爆炸的危险, 还起到了避免Cl2和阴极另一产物NaOH反应而生成NaClO影响烧碱纯度的作用。
在离子膜行业, 离子膜烧碱生产线流程中, 国内公司实现了从一次盐水、二次盐水精制、电解、脱氯、Cl2处理、H2处理、Cl2液化, 到烧碱蒸发的所有工序全线自动控制, 且一次开车投产成功。有些公司成功实现了与盐水凯膜过滤器的PLC通讯, 完整地承担了树脂塔的程序控制而不需采用专用PLC, 使电解工序的所有生产过程得到优化控制并成功地实现各种电解工艺情况下的安全联锁保护。但与国外公司相比国内的离子膜烧碱技术的自动化生产还存在很大的差距。
2 工艺流程
烧碱目前以离子膜工艺为主。按流程顺序分为一次盐水、二次盐水精制、电解、淡盐水脱氯、Cl2处理、H2处理等工序。核心工序是二次盐水精制和电解部分。
盐水一次精制的主要目的是控制悬浮物 (SS) 与各种杂质离子的含量在要求的范围内, 为盐水二次精制作准备。盐水二次精制最主要部分是螯合树脂塔, 使粗盐水经过树脂塔后除去二价阳离子。部分工艺在二次精制中盐水进螯合树脂塔之前设置碳素管或其它类型过滤器, 以进一步降低盐水中的悬浮物的含量。电解部分是烧碱制备流程的关键工序, 符合电解要求指标的精制盐水流经电解槽时, 在一定直流电作用下, 离子经离子交换膜的发生迁移, 最终在阴极液相形成烧碱, 阳极液相产生淡盐水, 阴极气相生成H2, 阳极气相生成Cl2。
3 控制方案及其实现
3.1 盐水一次精制
从控制上看, 盐水一次精制回路控制以单回路控制为主, 比较简单。设备控制上最复杂的是过滤工序, 国内一般采用戈尔过滤器, 多以设备自带的PLC控制为主, 有些DCS系统支持专用的网关卡采用串行通讯的方式与第三方PLC进行数据共享, 以实现对过滤器的监视。
3.2 盐水二次精制
螯合树脂塔顺序控制是二次盐水控制的核心部分, 也是离子膜控制中比较复杂的部分。它对执行控制阀等执行部件可靠性要求高, 其控制功能现在大多由DCS实现精确控制。
树脂塔有三塔串联、两塔串联两种模式, 同时根据不同的工艺对树脂塔的操作又略有不同。因为是以再生塔为主线, 另外两台塔串联过滤, 程序切换相当简单;同时浙大中控提供再生程序单步运行模式, 并且每步的运行时间都可以在参数设定画面里面进行设置。因此在出现一次盐水品质不过关, 污染了树脂塔的时候, 可以很方便的对树脂塔内的树脂进行清洗再生。在顺控程序的执行中, 有很多步骤是需要对开关阀的反馈信号进行判断, 从而决定下一步该进行的什么。为了避免开关阀的反馈传感器运行较长周期之后容易出现故障进而影响顺控程序的运行, 程序提供了阀门反馈信号切除开关供选择。当阀门故障信号影响到顺控程序的运行时, 如果操作员经确认阀门工作正常, 是反馈传感器出现故障, 可以选择将对应的阀门反馈信号进行切除, 程序将不再对其进行判断。
树脂塔在生产过程中, 存在短期停车或者因修整而长期停车两种停车方式, 而不同的停车方式对于工艺流体及阀门的控制要求则各有不同。浙大中控在监控画面里提供了操作面板, 可以方便的对停车方式进行选择。
3.3 电解
电解部分主要是使精制盐水流经电解槽的单元槽阴阳极, 并使其保持一定压差, 在直流电作用下发生正常的离子转移, 必须控制好进电解槽盐水的PH值和流量、电解槽内阳/阴极间差压、电解槽出口氯氢差压、电解槽单元的直流电压等。为保证电解槽离子膜安全正常运行, 同时需要设置极其可靠的联锁保护系统。
3.3.1 回路控制
3.3.1. 1 氯氢差压控制
双闭环比值调节回路, 通过对氯气总管压力及氢气总管压力的调节控制使氢气压力按一定变比值关系跟随氯气压力变化。
(1) 阳极液的回流流量的控制;
(2) 回流烧碱加纯水流量控制;
(3) 与烧碱浓度形成串级控制;
与旭化成电解槽的总电流形成比值控制, 比值开关对此进行切换。
3.3.1. 2 电解槽精制盐水流量的控制
电解槽精制盐水流量与电解槽电流形成比值控制, 但其流量不能小于某一设定值。
(1) 电解槽阳极加酸流量的控制。电解槽阳极加酸流量根据电解槽电流形成比值控制进行调节。
(2) 电解槽内阳/阴极间差压检测。检测目的在于保护离子膜和单元槽的正常运行, 安装变送器时要求考虑防腐、防爆、绝缘等因素。
3.3.2 电槽联锁保护
电解槽的联锁包括公用联锁及单槽联锁两部分。公用联锁有全厂电源故障、氯压机全停、氯氢差压超高或超低及仪表风故障, 如果该部分联锁发生, 则所有的电解槽联锁停机;单槽联锁条件是电解槽的电压有超高、进槽精制盐水流量低或烧碱回流流量低。单槽联锁条件成立时只影响本槽。
4 小结
本文通过对离子膜烧碱技术工艺流程都的研究, 提出了主要工序中实现自动化操作的思路及其方法, 这将对国内控制系统在烧碱行业生产效率的提高产生积极的影响。
摘要：据资料显示, 我国的有关离子膜烧碱项目评审开工投产量越来越大, 随着生产量大的提升, 烧碱技术的落后与生产率的低下是生产企业迫切解决的问题, 本文正是在这种背景下, 研究一种实现烧碱的自动化生产的方法。
关键词：自动化控制,工序,应用
参考文献
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离子膜烧碱 篇2
烧碱(又称为氢氧化钠)在国民经济中有着重要的作用，广泛应用于造纸、纤维素的生产、洗涤剂、合成脂用酸的生产以及动植物油的提炼。纺织印染工业用作棉布退浆、煮炼剂和丝光剂。化学工业用于生产硼砂、 、甲酸、草酸、苯酚等。石油工业用于精炼石油制品，并用于油田钻井泥浆中。同时，还用于生产氧化铝、金属锌和铜以及玻璃、搪瓷、制革、医药、染料和农药等方面。近年来，随着中国国民经济的发展，烧碱在各行各业中的应用也越来越重要。目前，氯碱生产有隔膜法、水银法和离子膜法。无论在技术先进、工艺优越性以及产品质量、节约能源等方面均为离子膜法占优。然而，无论用何种方法生产，在烧碱生产过程中都存在着多种危险危害因素，一旦发生事故可能造成极为严重的后果，不仅影响到生产的正常进行，同时人们的生命和财产也将遭到损失。本文作者对国内某离子膜烧碱现役装置进行了调研，同时查阅了国内外氯碱生产的资料和国家安全生产规范与标准，在经有关专家进行论证后，对离子膜烧碱生产过程中可能遇到的危险有害因素进行了辨识与评价，同时提出了相应的对策措施，以消除或降低这些危险有害因素，为安全生产提供保障。
2 离子膜烧碱装置流程简述前已述及烧碱生产方法有多种，本文针对离子膜法生产烧碱装置。离子膜法生产烧碱装置主要包括以下几个工段：一次盐水工段、二次盐水精制工段、离子膜电解工段、淡盐水脱氯工段、烧碱蒸发工段、高纯盐酸工段以及液氯工段
(1)一次盐水工段装置采用戈尔膜技术用于盐水的精制，使一次盐水的质量大大提高，简化了一次盐水精制的工艺流程，也缩短了二次盐水精制的过程。
(2)二次盐水精制工段引进国外技术设备，采用碳素烧接管与螯合树脂塔串联生产工艺。
(3)离子膜电解工段采用复极式离子膜电解槽，引进国外的先进技术及设备。二次精制盐水加入阳极液循环槽中，由阳极液循环泵送到离子膜电解槽各单元阳极室中，在直流电作用下产生淡盐水与氯气。在阳极液循环槽中，氯气从淡盐水中分离出来。在电解槽各单元的阴极室中产生阴极液和氢气。在阴极液循环槽中逸出氢气，其阴极液一部分在阴极室与循环槽之间进行循环，另一部分从循环槽中排出。
(4)淡盐水脱氯工段淡盐水脱氯方法常用空气吹除法和机械真空法。本工程采用真空脱氯法。
(5)烧碱蒸发工段烧碱蒸发应用三效蒸发器。自电解工段来的液体烧碱(浓度为32%)，进入三效蒸发器，经三效蒸发器一次浓缩后的碱液(浓度约为37%)进入二效蒸发器，进行二次浓缩，经二效蒸发器浓缩后的碱液浓度为43%。经分离器、碱泵和预热器，进入一效蒸发器浓缩后，碱液浓度为50%的成品碱。
(6)高纯盐酸工段采用三合一炉、纯水吸收流程，工艺简单、设备少、造价低，且技术成熟可靠。
(7)液氯工段液氯生产工段由冷冻、液化、包装、整瓶等工序组成。图1：离子膜烧碱工艺流程图
3 生产过程危险危害因素评价通过应用事故易发性评价方法、道(DOW)化学火灾、爆炸毒性指数评价方法以及事故后果易发性评价方法等，对离子膜烧碱装置生产过程中存在的危险危害因素进行分析，得到主要有以下危险危害因素。
3.1中毒离子膜电解、高纯盐酸、淡盐水脱氯以及液氯工段都存在着大量的氯气。氯气是一种具有窒息性的毒性很强的气体。其对人体的危害主要通过呼吸道和皮肤粘膜对人的上呼吸道及呼吸系统和皮下层发生毒害作用。其中毒症状为流泪、怕光、流鼻涕、打喷嚏、强烈咳嗽、咽喉肿痛、气急、胸闷，直至支气管扩张、肺气肿、死亡。《职业性接触毒物危害程度分级》(GB5044-1985)中将其归为高度危害类。在《工业企业设计卫生标准》(TJ36-1979)规定其车间卫生标准为1mg/m3。《常用危险化学品的分类及标志》(GB13690-1992)中将其归为第2.3类有毒气体。《剧毒物品分级、分类与品名编号》(GB6944-1986)中，该物质属于第一类A级无机剧毒品。一旦发生泄漏，后果将十分严重。在整个生产装置中最可能发生氯气泄漏的地方是离子膜电解及湿氯气水封处。在离子膜电解工段如果设备、管道等密闭性不好，就非常可能发生氯气的泄漏;在湿氯气水封处，如果储气柜容量不足，压力波动大，氯气可能冲破水封造成泄漏。此外，氯气管道、阀门、法兰等也可能因腐蚀或安装等方面的原因，造成氯气的泄漏;上面提到的离子膜电解及高纯盐酸合成炉等发生火灾爆炸后也会造成氯气的泄漏。在液氯工段如果发生爆炸泄漏，则可造成氯气外逸导致现场人员中毒事故的发生。导致这一事故发生的原因主要有：氯气含水分过高导致设备及管道腐蚀;三氯化氮的富集;液氯蒸发器内温度、压力过高等生产系统失控;“三废”处理系统发生事故;设备结构材质选择不当;机械设备密封不严;监控系统失控;操作失误;维修不及时等等。中毒是整个离子膜烧碱装置中最大的危险有害因素。
3.2火灾和爆炸在离子膜电解装置中，饱和食盐水通过直流电电解，产生氢气。氢气是易燃易爆物质，其爆炸下限为(体积比)4.1%，爆炸上限为(体积比)74.2%。又在高纯盐酸工段中用氢气和氯气合成氯化氢气体，如果氯气及氢气的配比不当或出现其他异常情况，空气或氧气与氢气相混合达到爆炸极限，上述装置均可能发生火灾爆炸。同时又由于装置中存在有毒的氯气及氯化氢气体，一旦发生火灾爆炸则可能会连带发生有毒气体的泄漏，后果将更加严重。此外在液氯工段，由于三氯化氮的富集，也存在发生爆炸的危险。
3.3灼伤在离子膜电解装置中存在着大量的盐酸、烧碱及浓硫酸，由于它们都具有强腐蚀性，一旦发生泄漏，可能造成化学性灼伤。此外，从高纯盐酸合成炉中出来的氯化氢气体温度较高，反应炉壁温度也较高;同时装置中还存在着蒸发器、加热器，并使用蒸汽进行加热;因此，如果炉壁、管道或设备保温做得不好，或者发生高温气体或蒸汽泄漏时，可能会造成人员高温灼伤或烫伤事故。同时会连带发生中毒事故。
3.4触电由于离子膜电解工段在电解过程中使用的是强大的直流电。由于电解槽连接铜排均是裸露的，外表无绝缘防护层，电解操作时直流电负荷很大。因此在电解操作和日常管理及检查过程中，如缺乏必要的安全措施或违章操作，就非常容易受到电的灼伤、电击等而发生触电事故，严重时会使人触电身亡。电流数值对人体的危害关系如下表1所示：表1：电流对人体的危害关系表电流数值危害后果60mA直流电有痛觉的电击80mA直流电电击使肌肉控制力减弱≥100mA直流电电击厉害,将失去控制力≥400mA直流电电击使心脏受损≥800mA直流电电击使人致死因此，触电伤害也是一重要危险危害因素。
3.5噪声离子膜烧碱装置中存在大量的压缩机、泵、喷射泵等设备，可能会产生较高的噪声。另外，高压蒸汽正常或事故气体放空、管道振动等将产生额外的噪声危害。噪声会对现场工作人员带来健康危害，长时期在高强度噪声环境中作业会对人的听觉系统造成损伤，甚至导致不可逆性噪声性耳聋，
备考资料
此外，噪声对人的心血管系统、消化系统等均有一定的负面影响。
3.6高处坠落离子膜烧碱装置为多层结构。在进入装置进行巡回检查、取样、检修等作业时，可能会发生高处坠落伤害事故。另外，装置中存在各种塔、炉、高位槽等，这些塔、炉及高位槽有时需要在高处操作、巡检和维修作业，如不采取防护措施或是防护措施不到位，可能会发生高处坠落伤害事故
3.7机械伤害离子膜烧碱装置中压缩机类、泵类等转动设备如防护措施不到位，或防护措施存在缺陷，或在事故及检修等特殊情况下，会存在机械伤害的可能性。
4 劳动安全卫生对策措施通过前面分析可知，离子膜烧碱生产过程中存在的主要危险有害因素有：火灾爆炸危险、毒性危险等。因此在过程建设中必须严格遵守相关的规范标准，任何忽视或降低标准的行为，都会留下安全隐患，给日后安全运转带来危害。在此提出的对策措施也主要针对这些主要的危险危害因素，针对其他危险危害因素的对策措施限于篇幅，不进行讨论。
4.1防毒对策措施本装置在生产过程中生产和使用了一些有毒介质，如氯气、氯化氢、氯化钡、氢氧化钠、硫酸及氨气等，特别是氯气，由于氯气的毒性高的特性，是重点防范对象。
(1)工艺参数选择：应当注意工艺参数的选择及量的控制，在满足生产条件的前提下，尽可能选择低温、低压操作条件，减小氯气的泄漏等。
(2)设备材质选型：为使泄漏的可能性降至最低，要注意设备和材质的选择。通过其他装置及同类工程的实践经验以及装置设计知识，设备应能保证完整密闭性。具体的措施应包括：较高容器设计裕量、较高管道设计等级及较高一级压力等级的关键管道等。
(3)报警及安全联锁：对特殊工段及岗位，如有毒物料在不正常操作时的排出口、取样口、贮罐阀、输送泵及压缩机等处可能泄漏或聚积有毒气体的地方，需设置有毒气体探测器;在控制室、配电室与有毒物料的设备相距30米以内，宜设相应的有毒气体探测器等。
(4)隔离体设置：设有操作岗位的地方,如控制室、配电室、操作间及实验室等建筑物应设有正压通风系统，并可承受一定外压，进风口处有活性炭吸附器。离子膜电解槽、高纯盐酸合成炉、烧碱贮罐、液氯贮罐等设备的输送管线应设置泄漏探测系统。液氯贮罐应装有事故泄料管线，万一泄漏时，能迅速地将系统内的物料排空到一个事故泄料罐，防止事故的扩大。
(5)加强个体防护：在所有人身可能接触到有害物质而引起烧伤、刺激或伤害皮肤的区域内，均设紧急淋浴器和洗眼器;除防护眼镜、手套、洗眼淋浴器等一般防护外，还应设有专用的防毒面具;对关键操作强制使用人员防护设备，例如空气呼吸面具、全身PVC防护服、手套和防护镜等等。
(6)监测及事故处理系统设置：监测设备的振动、腐蚀，也是避免造成意外泄漏的有效方法。所有贮有氯气的容器能泄压到事故碱洗塔系统。泄料控制应自动或遥控执行。
(7)加强安全管理措施：除了以上这些针对性的措施，在生产过程中还应该注意安全管理措施。根据多年的工作经验，必须对员工进行全面的、系统的安全维护培训，并执行良好的人员管理、监督。不断提高操作人员的素质也是降低危险性、避免事故发生和扩大的有效措施之一。再完美的设计也不可能避免人为的疏忽、错误引起的损害。安全管理对策措施简而言之，就是建立安全管理制度、提高操作人员和管理人员的素质。具体的内容包括安全培训、检查和维修制度、定期安全审查、建立救护组织机构、制定事故应急计划等等。
4.2防火防爆对策措施离子膜烧碱装置在生产过程中，生产和使用了一些火灾爆炸危险性较大的物料如氢气及液氨等。生产装置多为甲类火灾危险性生产装置。特别是在装置同时存在氯气及氯化氢气体，一旦由于火灾爆炸引起氯气及氯化氢气体的泄漏，将使灾害的后果更加严重。所以防火防爆措施尤为重要。
(1)严格遵循标准：在设计和建设时，应该严格按照有关规范标准设置安全消防防护措施。对处理易燃、易爆危险性物料的设备应有压力释放设施，包括安全阀、释放阀、压力控制阀等，一旦超压，可把危险物料泄放到安全的地方;对盛装氯气、氢气、氨气及氯化氢的设备和输送管道系统设计在线自动监测仪表;对可能逸出氯气、氢气、氮氧化物、氨气及氯化氢等作业场所设计气体监测、报警和联锁系统;设计集中正压通风控制室，必须保证通风空气不受污染，空气吸气口设计以活性炭或其他吸附剂为过滤介质的过滤器等等防护措施。
(2)集散控制系统(DCS)：工程设计采用可靠的集散控制系统(DCS)，实现生产过程的正常操作、开停车操作以及生产过程数据采集、信息处理和生产管理的集中控制。中央处理器的冗余功能增强了DCS系统的可靠性。对重要的参数设计自动调节以及越限报警和联锁系统，确保生产装置和人身安全。建议采用紧急停车系统等先进的控制技术。在紧急停车、事故状态下，设事故照明电源，事故仪表空气贮存，从而保证紧急事故状态的安全停车。
(3)多启动消防设施：考虑到本项目的火灾危险性，建议消防泵应能自动连续顺次地启动，同时也可从控制室遥控启动，以便在事故情况下快速启动消防水系统。建议增加柴油发电机组，供消防水专用，以备正常双回路出现故障时使用。
(4)其他方面措施：在满足工艺流程顺捷，功能分区明确等生产特点和总平面布置图要求的同时，也须满足安全间距、照明采光、通风、日晒等防火、防爆、卫生及设备检修等要求。
5 结论通过前面的分析，可以得出如下结论：
(1)离子膜烧碱装置的主要职业危险、有害因素是火灾、爆炸及毒物危害，应当重点采取措施进行防治，并确保防护措施到位。噪声、高处坠落、触电、机械伤害等其他危险有害因素，相对来说并不是突出的职业危害，但也不应忽视，也应对其采取相应的措施加以防护，到达安全生产的目的。
(2)根据对国内在役装置运行情况进行分析的结果表明，通过落实各项劳动安全卫生对策措施，离子膜烧碱生产装置基本上可达到安全生产的目的。但由于离子膜烧碱生产的特殊性，在劳动卫生方面的有毒有害气体和噪声等有害因素仍有可能超过国家卫生标准的规定，故应采取国内外先进的安全措施进行综合治理。
离子膜烧碱工艺中能耗问题的研究 篇3
离子膜电解法又称膜电槽电解法, 是利用阳离子交换膜将单元电解槽分隔为阳极室和阴极室, 使电解产品分开的方法。离子膜电解法是在离子交换树脂 (见离子交换剂) 的基础上发展起来的一项新技术。利用离子交换膜对阴阳离子具有选择透过的特性, 容许带一种电荷的离子通过而限制相反电荷的离子通过, 以达到浓缩、脱盐、净化、提纯以及电化合成的目的。这项技术已经用于氯碱的生产, 海水和苦咸水的淡化, 工业用水和超纯水的制备, 酶、维生素与氨基酸等药品的精制, 电镀废液的回收, 放射性废水的处理等方面, 其中应用最广泛、成效最显著的是氯碱工业。在氯碱工业中, 利用阳离子交换膜电解槽电解食盐或氯化钾水溶液来制造氯气、氢气和高纯度的烧碱 (氢氧化钠) 或氢氧化钾。1975年日本旭化成工业公司制成全氟羧酸型离子交换膜, 首先实现离子膜电解法制烧碱, 同年日本实现工业化生产。
工艺流程:经过两次精制的浓食盐水溶液连续进入阳极室, 钠离子在电场作用下透过阳离子交换膜向阴极室移动, 进入阴极液的钠离子连同阴极上电解水而产生的氢氧离子生成氢氧化钠, 同时在阴极上放出氢气。食盐水溶液中的氯离子受到膜的限制, 基本上不能进入阴极室而在阳极上被氧化成为氯气。部分氯化钠电解后, 剩余的淡盐水流出电解槽经脱除溶解氯, 固体盐重饱和以及精制后, 返回阳极室, 构成与水银法类似的盐水环路。离开阴极室的氢氧化钠溶液一部分作为产品, 一部分加入纯水后返回阴极室。碱液的循环有助于精确控制加入的水量, 又能带走电解槽内部产生的热量。
2 浅谈烧碱工艺中能耗问题
电解液中影响到能耗问题的因素有很多种, 但是在当前设备条件下, 由于材料杂质过多和设备损耗导致的能耗暂居烧碱工艺中最主要的地位, 因此在实际生产过程当中如何减少该类的问题, 将是企业研究和改进的主要方式。
2.1 电解液中电耗能的问题。
产生电耗过大的问题, 主要是因为在整个离子膜的电解过程中, 电解质中在不断电解过程中会增加了大量的杂质, 而在生产中影响的有NH4对电解槽的电流效率有影响的Ca2+、Sr2+、Ba2+、Al3+、Hg2+、I、SO42-、Si O2, 会导致电压升高的Mg2+、Ni2+、Fe2+、Al3+、Si O2。特别是在电解压处理过程中, 企业使用除I-技术I-与盐水中的Ba2形成碘酸钡和高碘酸钡, 此化合物阻止了Ba SO4沉淀的形成, 又阻止了螯合树脂的吸附, 它们随精盐水进入电解槽, 渗透到离子膜内部, 从而影响电解槽的电流效率, 造成能耗过大。因此, 虽然各生产企业使用电解液的质量 (如海盐、井矿盐、湖盐) 、电解槽电解过滤能力不同, 其中所杂质含量各有区别, 但离子膜法电解系统对电解液的要求基本一致。电解液精制是将电解液中的有害物质通过特定工艺技术除掉, 以达到离子膜电解槽的使用要求。
2.2 蒸发工段能耗问题
在企业实际的生产过程当中, 一次实际的离子膜烧碱过程如下:在电解液精制反应器内加入纯碱、烧碱, 使电解液中的Ca2+、Mg2+生成沉淀, 经过道尔澄清桶沉降分离, 再经过砂滤器过滤大量的杂质。一次盐水经涂有α-纤维素的碳素烧结管过滤器, 除去固体悬浮物。Na2SO3加入盐水中, 去除其中的游离氯;配制好的α-纤维素先预涂碳素烧结管, 另一部分与盐水一起加入过滤器, 以防止过滤元件堵塞和延长过滤周期, 过滤器交替使用, 定期反洗。电解过程中通过蒸发过滤杂质, 就需要增加大量的加热和冷却, 但传统初冷器冷却一般都采用水池、冷却塔、水泵及连接管道组成的敞开式冷却系统, 冷却效果差、能耗高、焦油产量低。
3 能耗问题的解决方法
烧碱行业, 离子膜碱比隔膜碱每吨可降低能耗0.41t标准煤, 现在我国离子膜碱比例只有30%, 如果提高10%, 就可节能50万t标准煤。因此提高烧碱能耗, 增加产量是当前我国研发产品的重任。
3.1 解决电解液杂质的方法
去除这些杂质离子的技术有很多, 近年来采用膜过滤法处理盐水和SO42-去除技术提高了氯碱企业的整体技术装备水平, 也为高电流密度电解槽的应用打下了良好的基础。
(1) 除铵技术。盐水中的少量铵, 特别是采用掺卤或全卤工艺时铵含量更高, 在电解槽阳极室内与Cl2反应生成NCl3, 而NCl3是一种易爆炸的含氮化合物, 它的存在给氯碱生产带来安全隐患。盐水除氨技术:粗盐水进入折流槽, 加入一定量的Na Cl O, 在除氨反应槽中完成反应, 生成单氯胺, 向氨吹除塔通压缩空气, 单氯胺被空气带出系统, 盐水中铵的质量分数小于1×10-6。 (2) 除碘技术。虽然在市面上有着多种除碘方法, 将I-氧化成分子形式, 再吸附出来;采用离子膜法烧碱装置与隔膜法烧碱装置联合运行的方式, 通过隔膜法烧碱带出部分碘;通过离子交换树脂吸附的方式除去碘。但是就成熟程度而言企业可以采用采用离子膜法烧碱装置与隔膜法烧碱装置联合运行的方式, 通过隔膜法烧碱带出部分碘。这样就可以在一定程度上优化电解液, 进而节约成本。 (3) 新的冷却技术。除了使用传统的水冷器之外, 企业还可以采用先进的水膜蒸发传热技术, 将水冷与空冷、传热与传质融为一体, 通过管外水膜的蒸发, 强化管外传热。与传统初冷器不同的是, 蒸发式水冷器是工艺介质走管内, 水和空气走管外, 运行水温低, 所以不易堵塞、结垢, 保证了设备的平稳安全运行, 就可以减少能耗增加企业效益。因此通过各种离子分离技术的支持, 就可以提供离子膜烧碱的工艺中的能耗, 达到节能效果。
3.2 解决设备的问题
使用新型烧碱工艺特点:优点, 原理简单、运行稳定、维修费用低;缺点, 装置占地面积大、自动化控制程度低、操作复杂、α-纤维素运行费用高, 特别是砂滤器中的Si O2给系统增加了新的节约能耗。当然在设备的使用上, 操作者必需要对可能发生事故做好安全对策, 并制定的措施应能够完全实施到位, 并应与主体装置同时设计、同时施工、同时投用。这样才能够在减少能耗的基础之上, 防止或减少事故的发生。
4 结语
使用离子膜进行烧碱工艺是未来烧碱工艺的新方向, 他相对于其他烧碱工艺来说, 具有节能、快速的方式, 但是由于我国烧碱工艺起步慢, 使用离子膜烧碱还存在着不少问题, 在能耗问题上也存在着种种的不足, 本文就离子膜烧碱能耗问题进行了初步的探讨, 主要通过分析烧碱工艺中的电解质和电解设备导致了能耗的问题。
参考文献
[1]程殿彬.离子膜法制烧碱生产技术[M].北京:化学工业出版社, 2004.
[2]武汉大学.化学分析.下[M].北京:教育出版社, 1997.
离子膜烧碱装置中氯酸盐的影响 篇4
氯酸盐对后续加工有影响, 送至降膜固碱装置的碱液中氯酸盐含量不断的升高, 造成片碱中金属离子增加, 片碱质量将间接或直接性受到影响, 严重威胁到片碱销售量。氯酸盐的超标加速了降膜固碱镍设备的腐蚀速率, 致使片碱中金属离子的增加, 虽然可以通过添加一些还原剂中和部分氯酸盐, 在一定程度上控制氯酸盐超标对降膜固碱设备的腐蚀, 但此方法并不能完全消除因氯酸盐超标对设备造成的显著影响。下面将氯酸盐产生机理及消除方法进行分析。
1 氯酸盐产生机理
氯酸盐是电解装置生产过程中的必然产物, 其主要是从阴极反迁过来的OH-与阳极氯气反应生成次氯酸盐, 次氯酸盐在阳极室又发生歧化反应, 生成氯酸盐。
它的产生速度跟电流效率有很大关系, 电流效率越低从阴极反迁到阳极的OH-越多, 盐水中的氯酸盐多了, 将影响氯化钠的饱和度;同时淡盐水如果由于操作原因PH<7时, 氯酸盐将与HCl反应放出氯气, 腐蚀设备危害树脂;盐水中的氯酸盐含量将影响碱中的氯酸盐含量, 腐蚀碱系统的管线及设备。
2 氯酸盐对设备的腐蚀:
在片碱生产中, 高温浓碱对镍质设备有一定腐蚀性, 腐蚀的原因主要是碱液中所含氯酸盐在250℃以上时逐步分解, 并放出新生态氧与镍材发生反应, 并生成氧化镍层。
氧化镍易溶于浓碱中而被带走, 此过程在浓碱蒸发中反复进行, 将导致镍设备的腐蚀损坏。
3 氯酸盐影响片碱质量的因素
3.1当入口碱液中氯酸盐不断的升高, 在接近或超过20PPM时, 就会加速降膜固碱装置设备的腐蚀速率, 此时, 为了防止设备被腐蚀严重, 唯一的处理方法就是在常规加糖量的基础上再增加十分之一的糖量, 这样可以降低后期片碱中金属离子的含量, 但此时在同样的加热温度下, 片碱主含量下降, 使片碱的等级率受到了影响。
3.2入口碱液中氯酸盐的升高, 会使降膜固碱镍设备受到严重的腐蚀。加糖并不能完全消除它, 这些不能被消除的氯酸盐会继续腐蚀设备, 日积月累, 被腐蚀的镍渣部分将附着在设备内壁, 还有部分或许被碱液带走, 致使片碱中金属离子过多造成片碱颜色发生变化, 常会出现黄色或绿色。
3.3被腐蚀的杂质离子或许被带入装置中糖计量泵或管线中, 致使糖液计量泵冲程发生偏移, 加糖量不均, 造成片碱颜色发生变化, 常会出现黄色、黑色。
4 氯酸盐分解装置工艺
为了确保一次精制盐水的饱和度、后续碱液处理工序设备的使用寿命及保证成品碱的质量, 各企业通过增加氯酸盐分解装置, 创造高温、强酸的条件来让盐水中的氯酸盐分解, 在氯酸盐分解槽中主要存在以下两个反应:
当反应1进行时, 同时伴随反应2进行, 为了除掉反应中伴生的Cl O3-反应条件需求如下:高温、强酸。含有氯酸盐的盐水出阳极液循环槽分为三路:一路去电槽、一路去脱氯塔、一路去氯酸盐分解槽。输送到分解装置的氯酸盐先与酸混合, 然后进入氯酸盐分解槽、通入蒸汽、压缩空气, 促使氯酸盐分解。产生的氯气进入废氯吸收系统, 分解后的淡盐水进入氯水罐后并入脱氯塔。
由于盐水属于高温强酸的介质, 国内许多厂家如氯酸盐分解槽由于材质选择不好, 使用时间不长, 发生泄漏, 氯酸盐分解槽选材尤为重要, 从氯酸盐分解槽的使用工况可知, 引起腐蚀的主要因素是高温和氧化性极强的Cl O3-、Cl O-。
我公司采用Der Kane-470树脂作为氯酸盐分解槽的材料。这种树脂结合了环氧树脂高热力学性能和耐化学性以及不饱和聚酯树脂的速固化和易操作性能。
降膜固碱工序处理氯酸盐的常用方法是在50%碱液中加入糖溶液, 其优点操作简单, 无需增加许多设备且资源丰富价格廉价。其反应机理为:
生产中实际加糖量常为理论量的2倍, 可使反应尽量进行完全。由于在反应中产生有二氧化碳, 因此在产品中碳酸钠的含量会增加一些, 当然同时也增加了产品中氯化钠的含量。
5 防止氯酸盐对片碱质量影响的措施
5.1长期对入口碱液中氯酸盐的含量及片碱中镍含量进行监测, 并做好记录, 通过对监测数据的观察, 适当的增加或减少加糖量, 从而保证片碱质量。
5.2定期对镍制设备及糖液系统进行清洗, 并定期测试糖液计量泵的能力, 防止糖液计量泵冲程发生偏移, 造成片碱颜色不稳定, 若发现糖液计量泵计量不准, 应尽快更换。
5.3控制入口碱液中氯酸盐的含量, 目前电解车间以投用氯酸盐分解槽来降低氯酸盐, 现在正在试用阶段, 效果还不明显。
结束语
离子膜烧碱 篇5
一、氯气干燥原理
氯气的干燥剂在工业上通常采用的都是浓硫酸,主要是由于浓硫酸的一系列优点,例如高脱水率、氯气在硫酸中的溶解度低、与氯气没有化学反应等比较适合作为氯气的干燥剂。氯气干燥的实现主要是通过硫酸与湿氯气接触后,并最终吸收氯气中的水分,因此氯气中的水扩散到硫酸中的传质过程就是硫酸干燥氯气的实质过程,该过程进行的程度与效果如何主要取决于传质推动力(氯气分压与硫酸液面上水蒸气分压的差值),传质推动力与干燥效果成正相关,即传质推动力越大,干燥效果就越好。同时在操作过程也要选择适当的硫酸浓度和操作温度,能够有效的提高氯气干燥效果。这是由于硫酸浓度和操作温度在一定程度上都会影响水蒸气分压,同时水蒸气分压也是传质过程中推动力的影响因素。
二、氯气干燥工艺流程
目前较为先进、典型的氯气干燥流程大致可分为一下三种:
(一)串联的填料塔组流程
串联的填料塔组流程是国外例如北美、日本等地区常用的流程,这种流程一般是由双塔、3塔或4塔串联构成的。目前我国也有部分企业也有所采用此流程。
串联的填料塔组流程具有操作平稳、弹性大、塔阻力小等优点,其单塔的压降一般在.0kPa以下。为了更好的平衡进塔气量的变化,串联的填料塔组流程中的的液流循环量变化不大,这样能够很好的满足相应的气液传质过程。同时由于该流程的操作弹性较大,因此其对于气象变化也有很强的适应能力了,其独特之处在于在电解刚开车时氯气流量较小的情况下几乎与满负荷操作相同,同时还能够达到对水分的要求。但是该流程也有一定的缺点,例如占地面积大、修理难度大等,同时也增加了投资成本。
(二)填料塔与泡罩塔组合流程
荷兰阿克苏公司最先开发了填料塔与泡罩塔组合流程(阿克苏流程),该流程在欧洲地区应用的而比较广泛。为了使氯气与硫酸两相充分的接触,该流程的泡罩塔塔板上留了一定厚度的硫酸层;由于泡罩塔处理量比较大,该流程为了提高设备的操作弹性以及其对负荷变化的适应能力,其在塔板上安装圆形或条形泡罩,这样可以使填料塔在气体流量较小时承担一定的干燥任务,同时泡罩塔也能够在满负荷运行的情况下用较快的速度完成传质吸收过程,有利于实现效率的提升。目前,填料塔与泡罩塔组合流程已经成为了我国大多数企业的优先考虑使用的流程。近年来我公司设计的项目中也基本以3塔串联的填料塔和泡罩塔流程为主。
(三)强化型泡沫塔流程
强化型泡沫干燥塔流程主要有两种形式,一种为泡沫塔,一种为泡罩塔,这两种形式的空塔操作速度也是比较快的,与填料塔差不多,但是填料塔的体积却是强化塔体积的12～20倍,相差比较大。强化塔完成干燥操作需用的时间非常少,一般只需用数秒即可完成,比填料塔所需用的48s相比要快很多。强化塔采用的干燥方式是外溢流、大液流冷却循环,这种方式大大增加了液气比,这样做在一定程度上有利于实现强化干燥的目的。综上所述,得出强化型泡沫塔的优点:设备占地少、产量大、易操作、成本低,相对于填料塔而言,其阻力的降低在一定程度上也增加了氯气压缩机的动力消耗。
三、工艺控制
在操作过程中为了确保干燥氯气水含量稳定性,需要加强的工艺控制有以下几个方面:(1)氯气的洗涤、冷却要加以控制,氯气中夹带的盐雾等颗粒需要加大去除功能,并将去除杂物以及冷却后的氯气温度控制在45～55℃之间。(2)为了降低硫酸液面上的水蒸气分压,因此进塔浓硫酸的温度以及质量分数必须控制在12～15℃和96%以上。(3)出塔后的氯气温度必须在20℃以下。
四、总结
现如今我国氯碱企业虽然采取的各种氯气干燥工艺流程都不同,但是无论是串联的填料塔组流程,填料塔与泡罩塔串联的组合流程还是强化型泡沫塔流程,其最终的目的还是降低氯气中的水分,它们的需要解决的关键也都是同一个,那就是严格控制好各项工艺指标,由于最后一塔内硫酸液面上的水蒸气分压是最后决定被干燥的氯气中的最终水含量的关键因素,因此必须要控制好最后一塔的进塔硫酸的浓度、温度以及出塔氯气的温度。基于此,在操作的过程中要想将出塔氯气含水质量分数降低,就必须将进塔硫酸质量分数和出塔后的氯气温度分别控制在96%以上和20℃以下。随着氯碱生产技术的不断发展,将会有越来越多的工艺流程以供选择,无论选择哪种方式,都应当以提高氯气的干燥效率、降低氯气中水分为首要选择标准。
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离子膜烧碱 篇6
本等优点[2]。开封东大化工(集团)有限公司采用该工艺生产50%液体烧碱。
1三效逆流工艺流程简述
流程如图1所示。
32%烧碱原料从离子膜输送至三效蒸发器。低浓度烧碱在三效蒸发器中被蒸发,汽液混合相进入三效汽液分离器,气相在分离器中被分离出来经蒸汽冷凝器冷凝收集回收利用;三效分离器中浓缩后的碱液经过预热器加热后进入二效蒸发器,碱液在二效蒸发器中被蒸发,汽液混合相进入二效汽液分离器;气相在分离器中被分离出来作为三效的加热介质,二效分离器中浓缩后的碱液经预热器加热后进入一效蒸发器;碱液在一效蒸发器中被再次蒸发,浓缩后的气液混合物进入一效分离器进行分离,气相在分离器中被分离出来作为二效的加热介质,浓缩后的碱液由预热器进行热回收后经产品冷却器冷却,然后送到成品碱储罐。
2操作控制要点
蒸汽调节阀为一效蒸发提供稳定的沸点温度和压力,压力通过控制调节阀来控制; 一效分离器的的液位是由安装在产品冷却器出口处的控制阀来控制; 二效分离器的的液位是由物料泵变频调速器来控制; 三效分离器的的液位是由安装在物料泵出口处的控制阀来控制; 工艺冷凝液罐的液位是由安装在工艺冷凝液泵出口处的控制阀来控制; 工艺冷凝液罐的液位补充是由安装在工艺冷凝液罐入口处的开关阀来控制; 蒸汽冷凝液槽的液位是由安装在预热器出口处的控制阀来控制; 以上六个液位控制将直接影响整个蒸发系统的蒸发效率,液位的控制需要稳定。
成品碱的浓度控制是控制一效分离器液相温度与一效分离器气相真空度下饱和蒸汽的温度差值来决定(理论计算标准状况下:碱液质量分数为50%时,温差在45℃),稳定的进料量和蒸汽压力是浓度稳定的前提。
成品碱出料是通过安装在出料管线上的两个手动阀门来控制,当温差大于或等于设定的温差值(一般设为35.5℃)时,物料去成品碱储罐。当温差小于设定的温差值(一般设为35.5℃)时,物料去进料缓冲罐。
3生产工艺中存在的问题及改进措施
在运行一段时间之后,发现工艺存在一些问题,经过观察分析,可能是由以下原因引起的。
3.1进料量影响
三效分离器体积大,液位呈大振幅、小频率正弦曲线波动,而二效分离器液位基本上波动很小,致使进入一效蒸发器碱液量随三效分离器出料量波动。由于三效分离器直径是一效蒸发器直径的4倍,且蒸发器内部结构为列管,三效分离器液位波动5%,传至一效蒸发器则是致命的大波动。进入一效蒸发器碱液量忽大忽小,严重影响到膜的形成,致使蒸汽消耗量忽大忽小。
改进办法:调节三效出料自动阀灵敏度,改变自动阀的比例带和积分时间,使三效分离器的液位波动频率变大,振幅变小。如此调节二效分离器液位,使进入一效分离器的碱液量相对比较稳定。
3.2进料量与蒸汽压力设置不匹配
之前蒸汽自动阀处于手动状态,靠手动来调节蒸汽流量,经常出现蒸汽断流的情况。后来试验将自动阀设为自动,设置一个固定压力,还是出现蒸汽断流的情况。经过多次试验,发现与设置的压力有关。通过调节蒸汽压力使之与流量相匹配可使蒸汽流量稳定,系统维持平衡[3]。
3.3加热蒸汽中不凝气的影响
在生产过程中,发现蒸汽冷凝水排水有浅绿色杂质,并且检测到冷凝水的pH值低于7。从理论上讲,蒸汽冷凝水的pH值应该偏碱性。经过多次试验与检测,发现是蒸汽中含有二氧化碳等不凝气,不凝气在蒸发过程中腐蚀了镍材质的蒸发器,故而蒸汽冷凝水中有浅绿色的杂质。
由于不凝气的存在,换热效率也有所降低。不凝气排放不及时,在蒸发器中逐渐积累,就会在加热管外壁周围形成一层气膜,增加了传热阻力,降低了传热效率。有实验证明:若加热蒸汽中含1%的不凝气,装置的生产能力下降15%;若加热蒸汽中含4%的不凝气,装置的生产能力下降38%。
解决办法:①过蒸发器之后的冷凝液管道上设置不凝气排放口,生产过程中要经常进行不凝气排放。 ②改进锅炉房净化工艺,从根本上减少蒸汽中不凝气的含量。
3.4蒸发器液面控制
在生产过程中发现蒸发器液面高度对蒸发装置的运行也有一定的影响。液面过高的话用于气液分离的空间过小,气液分离的效果会降低,蒸发中碱液就容易被气相带走,既损耗了物料,又会使冷凝水碱性偏高,增加了污染。如果蒸发器的液面过低,会破坏料液的正常平衡,蒸发中所析出的结晶会附结在列管内壁,引起加热管局部或全部堵塞,以致无法进行生产;过低的液面还会使泵发生气蚀和振动,影响泵的安全运行。因此在蒸发器内必须维持适宜的液面高度,根据蒸发器的型号和操作条件而定。一般维持30%～40%的液位为最佳。
3.5真空度
由于生产装置是真空蒸发工艺,因此真空度的控制也是一项非常重要的操作指标。真空度过低,碱液的沸点就会升高,蒸发所消耗的蒸汽量就会增加,蒸发装置的生产能力就得不到充分发挥,能量消耗也会增加。真空度增加,碱液的沸点降低,传热温差增大,有利于蒸发的进行[4]。但真空度也绝非是越高越好,真空度要求越高,动力消耗也越大。在当前的技术条件下,蒸发系统的真空度以不低于600 kPa为宜。而且生产过程中要维持一个比较稳定的真空度,使整个装置的蒸发系统维持一个平衡的状态,蒸发过程就会平稳的进行。如果真空度变化,蒸发系统平衡被破坏,整个系统的压力、温度、液位都会大幅度波动,最终产品浓度会忽高忽低,直接影响产品的质量。
3.6散热损失的问题
蒸发装置的运行成功与否的最重要的一项指标就是蒸汽的消耗。一般生产过程中整个装置的设备及管道的表面会向外界散失热量,而这部分热量的损失会占到供入热量的5%左右。因此选择合适的保温材料,加强设备和管道的保温,是减少蒸发汽耗的重要措施。东大化工对裸露的法兰、阀门、入孔进行了保温,其散热损失由原来的2.2%下降到1.5%,就此一项生产每吨碱使蒸发汽耗下降到30 kg。
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离子膜烧碱 篇7
1 对象与方法
1.1 对象
重庆市某公司20万t/a离子膜烧碱装置。
1.2方法
通过现场职业卫生学调查、检测及实验室分析,对本装置工作场所的职业病危害因素浓(强)度进行监测,并对工人进行职业健康监护。
1.3 评价依据
依据《中华人民共和国职业病防治法》《危险化学品目录(2015版)》和《工业企业设计卫生标准》《工作场所有害因素职业接触限值》《工作场所空气中有害物质监测的采样规范》等法律法规和规范标准[4,5,6,7]。
2 结果
2.1 生产工艺及流程
见图1。
2.2 职业病危害因素分布
根据工程分析和职业卫生学调查,该装置存在或产生的主要职业病危害因素有:噪声、高温及热辐射、氢氧化钠、碳酸钠、亚硫酸钠、次氯酸钠、氯气、硫酸、盐酸等。见表1。
2.3 职业病危害因素检测
2.3.1 噪声
装置自动化程度高,主要是巡检作业,因此采用个体检测为主,本次共检测了30人次,合格30人次,合格率为100%,所测各工种的8 h等效声级值均符合国家标准要求。见表2。其次,为发现工作场所的强噪声源,对主要设备在运行时的噪声强度进行了定点检测,现场检测结果显示,噪声强度存在大于85 d B(A)的设备,主要是各类泵和压缩机,检测结果见表3。结合个体检测和定点检测结果分析,工作场所存在强噪声源,由于巡检时在以上地点停留时间极短甚至不停留,因此对个体接触噪声水平影响不大,但仍应加强噪声源的控制。
2.3.2 高温
由于装置存在生产性热源,且夏季巡检时尤为突出,故对高温进行了检测,检测结果符合国家标准要求,见表4。本地区室外通风设计温度≥30℃,WBGT限值相应增加1℃。
2.3.3 毒物
机械化、自动化水平高,主体生产装置为框架结构,设备、管道密闭性能较好,罐区露天布置,上述措施均有利于降低空气毒物浓度。装置连续自动化生产,生产平稳,毒物采样时段选取的是加料口加料时、装置或设备正常运行时,所采样品能反映出实际运行时化学毒物浓度的情况。经检测,所测岗位空气中的毒物浓度均符合国家相关要求,并且所测毒物的浓度极低或未检测出,提示设备和管道的密闭性能良好。见表5。
注:DCS—集散控制系统。
2.4 职业病危害现状及评价
2.4.1 总体布局
厂址位于化工园区内,所在地段地势平坦,四周无遮挡,扩散条件好。总平面布置分为生产区、非生产区、辅助生产区,功能分区明确,布局有序,根据工艺流程要求,一次盐水工序、卤水处理工序、电解工序、氯氢及废气处理工序、液氯及包装工序、盐酸工序、液碱蒸发工序和液碱成品罐区及装车站台沿厂区南面逐一向西布置,有害作业区相互隔离,并有一定的距离,总平面布置符合《工业企业设计卫生标准》的要求。
2.4.2 生产工艺及设备布局
该装置选用技术成熟的生产工艺,机械化、自动化、密闭化程度高,现场设置有工业电视监控系统,生产操作集中在控制室进行,只有巡检时才有工人进入现场。采用先进的生产设备并合理布置,自然通风良好,整个生产过程考虑了通风排毒和回收净化措施。表面温度超过60℃的设备和管道,均设防烫伤隔热层,设有明显的标志,以防烫伤。噪声源主要是压缩机和各类泵等,布置在多层建筑的底层或单层建筑内。含有挥发性气体、蒸汽的废水排放管道未从仪表控制室和劳动者经常停留或通过的辅助用室的空中和地下通过。生产工艺和设备布局符合《工业企业设计卫生标准》要求。
2.4.3 职业病危害防护设施
①集散控制系统(DCS)控制:采用先进的DCS控制技术,操作人员在控制室内对生产进行集中监控,对安全生产密切相关的参数进行自动分析、自动调节,同时设有完善的报警联锁体系,对重要的工艺参数实行超限报警,对计算机分散控制系统实施断电故障时紧急停车事故处理。②密闭化:在设备材料的选择上,严格按照标准选取符合设计压力和温度的材料,确保生产装置的可靠性、连续性;选用优质垫片,加强管道和设备的密封,杜绝生产过程中的“跑、冒、滴、漏”现象。③防腐设施:装置中凡是涉及强腐蚀性介质的设备,均采用相应的抗腐蚀性能极强的特种耐腐蚀材料制造。④通风设施:生产装置多采取露天框架结构,有效地利用自然通风,保证作业场所通风良好,减少氯气等有毒有害物质的积聚;在氯氢及废气处理、液化装置区、液氯厂房、控制室等房间内设置排风扇、废气风机等机械通风装置,以利于排出有害物质。⑤废气处理设施:产生的有害气体经场内废气回收装置处理后再高空排放。⑥降噪设施:将过滤盐水泵、精盐水泵、氯压机、次氯酸钠循环泵等安置在建筑物的底层;控制室设置隔音门、窗,以降低控制室内噪声强度。⑦在距地面或工作平台高度2.1 m以下,及工作台面边缘与热表面的间距不满0.75 m的区域内,表面温度超过60℃的设备和管道,均设防烫伤隔热层,设有明显的标志,以防烫伤,在控制室、值班室等设置舒适性空调。根据现场调查和检测结果显示,职业病危害防护设施基本符合要求,噪声防护设施需进一步完善。
2.4.4 应急救援措施
装置存在可引起急性中毒或急性损伤的主要职业病危害因素有氢氧化钠、氯化氢、氯气、硫酸等,厂区设置风向标和应急疏散图,作业场所醒目位置设置有警示标识和高毒物品告知卡。罐区设围堰,围堰高度根据储罐大小确定,设置事故池和紧急泄险池,设置多台洗眼器。在液氯库和充装等有氯气存在的岗位,设计固定式氯气泄漏自动报警仪和视频监控,巡检人员配备便携式报警器。厂内设置气体安全防护室,配备了急救药品和应急防护装备。制定有职业中毒应急预案,并定期演练。但应急救援措施还需完善,基本符合标准要求。应急救援设施及药品见表6,报警设施见表7。
注:CSTEL—短时间接触浓度;CTWA—时间加权平均浓度;CMC—最高浓度;PC-STEL—短时间接触容许浓度;PC-TWA—时间加权平均容许浓度;MAC—最高容许浓度。“-”指该项无职业卫生限值要求和相应的检测结果。
2.4.5 个体防护
主要有工作服、劳保鞋、安全帽、防酸碱手套、防酸碱服、防化服、防护眼罩、防毒口罩、正压式空气呼吸器、全面罩配滤毒罐、重型防化服等,发放的岗位和人员合适,发放数量能够满足需要,工作鞋、服、安全帽、防酸碱手套、防护眼罩使用率100%,防毒口罩、正压式空气呼吸器、全面罩配滤毒罐、重型防化服等为备用状态,个体防护的配置符合国家标准要求。
2.4.6 辅助用室
车间卫生特征分级为2级,办公区设置了多个卫生间及盥洗水龙头,设置食堂和浴室各1个,有6个存衣室,设置的辅助用室能满足职业卫生标准要求。
2.4.7职业健康监护
制定有职业健康监护制度,建立了健康监护档案,并有专人负责,定期委托有职业健康检查资质的单位进行岗前体检和在岗体检。2012—2014年近3年对该装置的所有接触氯气的工人均进行了在岗体检,均未见职业病患者或疑似职业病患者,但未对接触酸雾的作业人员进行相关项目的体检,职业健康监护基本符合国家标准要求。
2.4.8 职业卫生管理
设置了职业卫生管理机构和专职职业卫生管理人员,制定了比较全面的职业卫生管理制度,符合法律法规要求。
注:DCS—集散控制系统。
3 讨论
3.1 评价
根据职业卫生现场调查,工作场所职业病危害因素检测和职业健康监护结果分析,总体布局、生产工艺及设备布局、辅助用室、个体防护、职业卫生管理符合职业卫生要求,职业病危害防护设施、应急救援措施、健康监护基本符合要求。本装置产生的职业病危害因素主要有噪声、高温及热辐射、氢氧化钠、碳酸钠、氯化氢、氯气、硫酸,经检测均符合国家工作场所有害因素职业接触限值要求,但工作场所存在强噪声源。应加强对噪声源的控制,同时,应急救援措施和职业健康监护还需完善。
3.2 建议
①职业病危害防护设施建议:各类泵和压缩机为主要强噪声源,产生的噪声属于流体动力性噪声,流体动力性噪声是指气体压力或体积突然变化或液体流动所产生的声音。一般情况下,流体动力噪声虽然声压级不高,但属于中、低频噪声,不容易控制,这类噪声不仅对人体健康造成危害,还影响泵体的寿命,系统的压力、温度和稳定性。流体噪声的控制应始于泵的内部设计,尽可能减小尺寸,使结构紧凑,也可增设外部控制机构来阻止脉动能量传入系统,如:在泵的出口附近加膨胀容器,或将泵和阀一起安装在消声板上,可减小噪声的响度[8],泵除了尽量安装在底层,加设单独的减振基础、隔震垫等办法减少噪声及振动强度等级外,还可将泵设置于相对密闭的隔声罩内,减少噪声外传。②应急救援措施建议:对装置设置的冲洗设施应定期检查,避免锈蚀,防止在应急时不能使用。对各装置设置现场报警装置进行定期的维护、检查,保证正常使用。根据《工业企业设计卫生标准》《工作场所有毒气体检测报警装置设置规范》[9]的要求,毒物报警值应根据有毒气体毒性和现场实际情况至少设警报值和高报值。预报值为MAC或PC-STEL的1/2,无PC-STEL的化学物质,预报值可设在相应超限倍数值的1/2;警报值为MAC或PC-STEL值,无PC-STEL的化学物质,警报值可设在相应的超限倍数值;高报值应综合考虑有毒气体毒性、作业人员情况、事故后果、工艺设备等各种因素后设定,因此,氯气的警报值应设置为1 mg/m3。急救站配备的急救药品种类还需要增加,如针对高温和烫伤的药品等。在车间公示应急救援电话。建设单位应委托专业技术机构人员对企业职工进行职业卫生和急救培训,并与应急救援机构或医院签订救援协议,经常保持联系,确保意外事故发生后及时响应。③职业健康监护建议:应根据《职业健康监护技术规范》[10],针对接触酸雾的作业人员进行定期职业健康检查,如重点对呼吸系统和口腔进行体格检查,进行胸部X射线摄片、肺功能检查等。④检维修建议:本装置含有高毒物质,在抢修、检修时极易发生职业病危害事故,因此,建设单位必须制定抢修、检修时的职业病危害防护制度。在进入有限空间作业前,必须事先制定维护、检修方案,明确职业中毒危害防护措施,配备符合国家职业卫生标准的防护用品,设置现场监护人员和现场救援设备,检测设备内相关化学物的含量和氧气含量,做好个人防护,以保证检修人员的健康,可参考《密闭空间作业职业危害防护规范》[11]进行操作、防护。⑤其他:有文献表明,因为盐水中带入铵盐,在氯气液化工段中可能出现三氯化氮的积聚,三氯化氮对黏膜有腐蚀性,可引起肺水肿甚至死亡[12]。因此,应从源头上控制,严格控制盐水中铵盐的含量,同时,在氯气液化工段设置碱液中和池,定期将液氯汽化器等设备底部残氯排放到池中。设备在完全除去含三氯化氮的残氯后,才允许加热、移动和修理。
作者声明 本文无实际或潜在的利益冲突
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离子膜烧碱 篇8
1 传统离子膜法烧碱装置淡盐水化学脱氯工艺的不足
在传统离子膜法烧碱装置淡盐水化学脱氯工艺中, 亚硫酸钠脱氯技术比较成熟, 脱氯过程比较简洁, 对脱氯工艺的控制也比较简便, 但是传统的脱氯技术也存在一些不足, 亚硫酸钠发生氧化之后, 会产生一定量的硫酸根, 导致脱氯系统中聚集大量的硫酸根, 一旦硫酸根的浓度过大, 就会对离子膜电解装置的稳定性产生很大干扰, 由此可见, 在传统离子膜法烧碱装置淡盐水化学脱氯工艺中, 一定要有效除去系统中的硫酸根, 这样才能维持整个系统的良好运行, 就眼下来看, 除去硫酸根的措施主要包括以下两种:第一种方法是采用氯化钡, 使硫酸根与氯化钡发生化学反应, 进而生成硫酸钡, 硫酸钡沉淀之后通过澄清桶沉降, 最终就可以进行压滤处理, 将固废硫酸钡排出系统。第二种方法主要是采用反渗透膜, 反渗透膜可以将硫酸钠脱除, 在经过冷冻结晶以及离心脱除水分之后, 可以产生固体硫酸钠晶体。以上两种方法虽然能够将硫酸钠从系统中脱除, 但是都会增加系统运行的成本, 都需要投入更多的人力、物力, 并且以上两种方法都会产生硫酸钠固体废弃物, 如何妥善处理固体废弃物, 也成为了一个难题[1]。
2 传统离子膜法烧碱装置淡盐水化学脱氯工艺的改进
在本次研究中, 为了对传统离子膜法烧碱装置淡盐水化学脱氯工艺进行改进, 采用了过氧化氢, 用其取替亚硫酸钠, 在真空物力脱除环节之后, 通过过氧化氢来脱除盐水中的游离氯。在实际研究过程中, 需要确定游离氯与过氧化氢的最佳反应状况, 并且需要仔细研究过氧化氢与游离氯的反应原理, 因此笔者进行了试验, 试验过程主要包括以下五个环节。
首先测试过氧化氢与游离氯在酸性环境下的反应情况, 笔者采用氯气对硫酸进行干燥, 之后对干燥后的硫酸进行脱氯, 取样完成之后适当加入过氧化氢, 一直到不再产生气泡为止, 之后进行检测, 检测结果显示, 样本中不存在游离氯, 因此可以看出, 在存在硫酸的情况下, 也就是酸性环境中, 氯气能够与过氧化氢发生化学反应, 进而生成氧气。
其次测试过氧化氢与游离氯在碱性环境下的反应情况, 准备次氯酸钠溶液, 适当在样本中加入过氧化氢, 一直到不再产生气泡为止, 之后进行检测, 检测结果显示, 次氯酸钠中的游离氯全部反应。因此可以看出, 不仅是在酸性环境中氯气能够与过氧化氢发生化学反应, 同样在碱性环境中, 游离氯也能够与过氧化氢发生化学反应, 而且碱性环境中游离氯与过氧化氢的反应更加剧烈。
再次, 仿制含氯淡盐水, 并通过调节p H值来模拟碱性环境以及酸性环境, 第一步是模拟酸性环境, 通过加入盐酸来调节p H值, 之后加入过氧化氢, 观察反应效果可知, 游离氯与过氧化氢的化学反应不激烈, 同时反应时间较长, 经过检验之后可知, 淡盐水中的游离氯没有完全反应, 淡盐水中仍然存在游离氯残留。第二步是模拟碱性环境, 通过加入氢氧化钠来调节p H值, 之后加入过氧化氢, 观察反应情况可知, 游离氯与过氧化氢的化学反应十分激烈, 经过检测之后可知, 淡盐水中的游离氯完全反应, 淡盐水中不存在游离氯残留。
第四, 取出生产装置中经过真空脱氯之后的淡盐水, 适当加入过氧化氢, 当游离氯与过氧化氢反应完成之后进行检测, 检测结果显示, 淡盐水中的游离氯完全反应, 没有残留。不过在此环节中需要注意, 生产装置中经过真空脱氯之后的淡盐水含有氯酸盐, 而在检测时需要调节p H值, 在把p H值调节到酸性的过程中, 氯酸盐会分解产生新的游离氯, 这样一来, 就会对脱除结果产生影响, 由此可见, 如果淡盐水中含有氯酸盐, 一定要科学的选择检测方法, 以保证检测结果的准确性[2]。
第五, 取出生产装置中经过真空脱氯之后的淡盐水, 在不同p H值以及不同过量的过氧化氢下, 进行脱氯试验, 分别将p H值调节到10.5-11.0范围、11.0-11.5范围、11.5-12.0范围、12.0-12.5范围, 之后分别测试反应效果, 测试结果显示, 酸性越强, 反应效果越差, 反之碱性越强, 反应效果越好。再对去除游离氯之后的盐水进行氧化还原电位检测, 结果显示, 全部在50m V以下。另一方面, 在过量10%、20%、30%的过氧化氢条件下进行测试, 最后通过反复的测试之后, 可以得出以下结论:在碱性环境下, 过氧化氢可以将游离氯完全脱除, 与酸性环境相比, 碱性环境下过氧化氢与游离氯的反应更加激烈, 氧化性更强, 反应更完全。
3 生产装置试用结果
根据上述试验结果, 笔者结合传统的离子膜法烧碱装置淡盐水化学脱氯工艺, 改用双氧水, 通过ORP计、p H计来进行在线检测仪表进行监控, 同时仍然使用原有自控阀以及亚硫酸钠流量计, 仅仅需要加设输送泵、过氧化氢贮槽, 通过调节氢氧化钠的加入量, 可以控制p H值, 再加入适当的过氧化氢, 就可以实现脱氯, 同时可以根据仪表显示值, 检测淡盐水中的游离氯, 每30min进行一次取样分析, 分析脱氯之后过氧化氢以及游离氯的过量情况。
经过检测可知, ORP显示值处于-60到0m V范围时, 经过过氧化氢脱氯之后, 淡盐水中的游离氯完全反应, 说明可以采用过氧化氢代替亚硫酸钠, 并且使用过氧化氢之后, 脱氯效果比较明显, 工艺控制也较为简便, 无需对原有的仪表阀门以及管线进行大量改动[3]。
4 工艺比较
将两种脱氯方法进行比较后可以得出, 过氧化氢脱氯的生成物不会对装置的稳定运行产生干扰, 化学反应的方程式如下:
由此可见, 过氧化氢脱氯后, 化学反应的生成物是氧气和水, 不会对系统运行造成干扰, 同时采用过氧化氢之后, 可以节约系统的运行成本, 不用担心固体废弃物的处理问题[4]。
总结:
离子膜法烧碱装置淡盐水化学脱氯工艺的应用十分广泛, 在传统的脱氯工艺中, 存在一系列不足, 例如成本投入大, 固体废弃物处理困难等等, 因此有必要对传统的脱氯工艺进行改进, 本文研究结果正式, 采用过氧化氢代替亚硫酸钠可以降低系统运行成本, 并且脱氯效果明显, 无需增加过多的仪表和设备, 大大降低了系统运行所需的人力和物力。希望文中内容对相关工作有所帮助, 未来如何进一步完善离子膜法烧碱装置淡盐水化学脱氯工艺, 还需要我们继续探索。
参考文献
[1]马玥琤.隔膜法烧碱改造为离子膜法烧碱的工艺讨论[J].氯碱工业, 2013, 12:7-10.
[2]张萍.离子膜法烧碱装置淡盐水化学脱氯工艺的改进[J].氯碱工业, 2014, 01:9-10+13.
[3]董红波, 孔祥银, 袁文东.淡盐水脱氯工艺的优化控制方案[J].氯碱工业, 2014, 05:3-5.